文｜趕碳號
如果說謠言有翅膀，那么非凡的科學主張就有噴氣發(fā)動機。
韓國研究人員團隊可能剛剛做出了 21 世紀最偉大的物理發(fā)現(xiàn)——LK-99。韓國科學家團隊的兩篇論文出現(xiàn)在預印本服務器 arXiv.org 上幾個小時內(nèi)，就引起了巨大的病毒式傳播。研究人員的非凡聲明是，他們發(fā)現(xiàn)了一種室溫環(huán)境壓力超導體，這種材料可以在日常條件下完美導電。
當電子流過標準導電材料（例如鋁線）時，它們的作用就像碰碰車一樣，從原子上彈開。所有這些彈跳都會產(chǎn)生阻力，從而減少電流。但如果冷卻到–459 華氏度，就會發(fā)生一些奇怪的事情：交通規(guī)則發(fā)生變化，電子結合成對，在鋁原子之間以零電阻、無摩擦地滑動。
您可以將阻力想象為汽車輪胎的摩擦力。當電流流過材料時，部分電力會因熱量而損失，就像汽車因摩擦而失去動量一樣。電阻的大小取決于材料的電阻。一些通常被稱為絕緣體的物質(zhì)，如木材或塑料，本身就具有高電阻，這意味著當電流通過它們時，比其他材料損失更多的電流。超導體與絕緣體完全相反，可確保電流完美流過它們而不會損失任何（或幾乎任何）電流。
在這一發(fā)現(xiàn)之前，沒有人能夠找到一種在室溫和環(huán)境壓力下都表現(xiàn)出超導特性的材料。其他超導體必須保持在極高的壓力或極低的溫度（接近絕對零）下才能發(fā)揮作用。這使得它們對于大多數(shù)潛在應用來說完全不切實際。
如果這一發(fā)現(xiàn)如此重要，那么LK-99的潛在用途和好處是什么？列表很長，但最令人興奮的列表之一是輸電。
另外，超導體對于大電流通過時產(chǎn)生的磁場也很有用。超導磁體為核磁共振掃描儀和懸浮列車提供動力。如果這一發(fā)現(xiàn)是真實的，那么這兩種技術的構建都將變得更容易、更便宜，從而為醫(yī)療保健和交通帶來巨大發(fā)展。
聚變反應堆還使用超導磁體來容納等離子體并保持聚變反應的進行?？茖W家們最近能夠從聚變反應堆中產(chǎn)生比啟動它所需的更多的能量，這是幾十年來一直在努力的一項巨大成就。隨著材料科學和聚變技術的快速發(fā)展，聚變反應堆可能很快就會變得普遍。
如果所有這些令人難以置信的技術還不夠，那么超導體也可以用作量子計算機中的量子位。這就是為什么量子計算機必須冷卻到接近絕對零的原因。但如果 LK-99 確實是一種環(huán)境超導體并且易于復制，那么它可以用來制造指數(shù)級更大的量子計算機，而無需復雜且極其昂貴的冷卻系統(tǒng)。
韓國人的發(fā)現(xiàn)
韓國科學家研究小組在他們的論文中描述了這種新材料的創(chuàng)建。他們將其命名為 LK-99。他們將含有硫、氧和磷的粉末混合，并將混合物置于高溫下幾個小時。這個過程導致形成具有深灰色外觀的超導材料。
根據(jù)該團隊的說法，當對 LK-99 樣品通電時，其電阻下降到接近于零。此外，他們在磁性測試過程中觀察到了邁斯納效應，這是超導性的一個特征。在此測試中，樣品放在磁鐵上時應懸浮。該團隊提供了一段視頻，演示了材料的部分懸浮，并將不完全懸浮歸因于材料中的雜質(zhì)。
研究小組的主張激起了科學界的興奮和懷疑。近年來，有幾起研究人員聲稱發(fā)現(xiàn)了室溫、常壓超導體，但都未能經(jīng)受住審查。為了消除這種懷疑，韓國團隊邀請其他人復制他們的實驗以進一步驗證。這種復刻，幾天內(nèi)就會有結果，全世界都在圍觀。
美國馬里蘭大學物理學家理查德·格林（Richard Greene）自 20 世紀 70 年代以來一直致力于超導材料研究，他觀察到，雖然邁斯納效應視頻乍一看“看起來令人印象深刻”，但超導并不是唯一可以導致物體懸浮的現(xiàn)象。
另一位物理學家、美國萊斯大學的道格拉斯·內(nèi)特爾森強調(diào)了兩篇論文中關于磁化率Χ的數(shù)據(jù)明顯不一致。
這種混亂中的一個亮點是，與高壓超導體的研究不同，Lee、Ji-Hoon Kim 及其合作者的工作所需的專業(yè)設備相對較少。正如美國 SLAC 國家實驗室的凝聚態(tài)物理學家Jennifer Fowlie指出的那樣，韓國研究人員用來合成材料的為期四天的多步驟固態(tài)過程并不簡單。“你們中的一些人并沒有因為過度使用杵而手掌磨出水泡”，她打趣道。
盡管如此，由于缺乏高度專業(yè)化的試劑盒，應該可以讓多個研究小組進行復制。由于人們對尋找它投入了如此多的注意力，LK-99之謎及其可能的室溫、環(huán)境壓力超導性的解決方案應該很快就會到來。
英國布里斯托大學超導研究員奈杰爾·赫西 (Nigel Hussey)告訴《物理世界》：“我認為我們最好等待，看看世界上的另一個小組是否復制了這種材料以及報告中包含的結果?！?“如果是這樣，那么這當然將是一個轟動的突破。但就目前而言，這只是聳人聽聞?！?/p>
前仆后繼的研究
Ranga P. Dias，紐約羅切斯特大學機械工程和物理學教授
一家著名期刊決定撤回紐約羅切斯特大學物理學家蘭加·迪亞斯 (Ranga Dias) 的一篇論文，他曾就發(fā)現(xiàn)室溫超導體（一種不需要任何冷卻就能以零電阻導電的材料）提出了有爭議的主張。
《物理評論快報》 ( PRL ) 于 2021 年發(fā)表的一篇論文即將被撤回，意義重大，因為《自然》新聞團隊了解到，這是一項發(fā)現(xiàn)明顯數(shù)據(jù)造假的調(diào)查結果。
PRL做出這一決定之前，有人指控迪亞斯抄襲其博士論文的大部分內(nèi)容，并于去年 9 月《自然》雜志單獨撤回了迪亞斯的一篇關于室溫超導性的論文。
《自然》新聞團隊從要求匿名的消息來源處獲得了有關調(diào)查的文件，包括電子郵件和三份有關調(diào)查結果的報告。PRL的編輯在《自然》獲得的一封電子郵件中寫道：“調(diào)查結果令人信服地支持了數(shù)據(jù)捏造/偽造的指控?！?/p>
作為調(diào)查的一部分，合著者阿什坎·薩拉馬特（Ashkan Salamat）是內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校的物理學家，也是迪亞斯的長期合作者，他提供了他聲稱的用于在 PRL 論文中創(chuàng)建數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)。但四名調(diào)查人員均發(fā)現(xiàn)薩拉馬特提供的數(shù)據(jù)與論文中的數(shù)據(jù)不符。兩名裁判在報告中寫道，他們的調(diào)查結論“描繪了一幅非常令人不安的畫面：明顯的數(shù)據(jù)捏造，隨后又試圖隱藏或掩蓋事實?！?我們敦促立即撤回該論文”。
迪亞斯和他的合作者于 2020 年 10 月在《自然》雜志上發(fā)表論文，稱他們創(chuàng)造了一種超導體，可以在超過 100 萬個大氣壓的極端壓力下在 15 ℃ 左右工作，他們立即成為頭條新聞。大多數(shù)超導體只能在-273.15℃ 的寒冷溫度下工作。其他研究人員無法重現(xiàn)該結果，去年《自然》雜志撤回了這篇文章。撤回聲明并未提及不當行為。
這一次，韓國科學家們在蘭加·迪亞斯教授的基礎上，“往前邁了一大步”。